卫生间照明灯换气扇自动控制电路课程设计正文.doc

中北大学电子技术课程设计第一章 引言课题研究的目的和意义研究目的：通过这次的课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平时所学习的知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力，创新意识，及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。同时我们也希望这次的研究能让同学进一步地了解照明灯，而不是仅局限与课本知识以内。从小的突破点入手，掌握又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高,为现代教育科学尽一份力量！研究意义：为了能及时地将卫生间内的异味排出，很多家庭都装了换气扇，但一些来客或小孩常常忘记打开换气扇。为了解决这个问题，设计了一种能自动控制换气扇和照明灯的电子装置，这样不给上卫生间的人增添任何麻烦，又能自动换气和开、关灯，节能而方便。第二章 总体方案设计2.1 课题分析它主要由10部分组成：电阻；光敏电阻；涤纶、电解、金属化电容；电位器；整流、稳压二极管；晶体三极管；双向可控硅等等。能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短，如果时间过长就应该减小电阻或电容的值，反之则增大。光敏电阻也会使灯的时间受到影响。在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态，当有人去厕所时，门触发发出触发脉冲，灯亮换气扇工作。当人走后，灯和换气扇经过一段时间自动停止工作。把触发信号转换为直流信号。经过延时电路以后送到控制电路，由控制电路去控制可控硅，若可控硅断开，则整流电路负载断开，若导通，则整流电路负载导通。光敏控制电路把光照变成电信号，从而去控制音频信号往后边输送情况。可见：本电路灯泡和换气扇要受可控硅的控制，可控硅受555触发器取得的触发信号和光敏电阻的控制，从而可以实现触控和光控；灯亮和换气扇工作的时间由延时电路的时间长度决定。2.2设计方案该装置电路工作原理图为：电路工作原理：它是由磁开关电路、单稳态延时电路、照明灯控制电路、换气扇控制电路和电源电路等组成。当卫生间门关上时，永久磁铁ZT与常闭型干簧管AG靠得很近，由于ZT的磁力作用，导致AG内丙触片断开，三极管VT无偏流而截止，此时时基集成电路IC1的脚呈高电平，故IC1处于复位状态，IC1的脚输出低电平，继电器J无电流不吸合，换气扇和照明灯均处于断电状态。一旦有人进入卫生间，在进门的瞬间必然导致ZT与AG的距离增大，而使得ZT的磁力线不能作用于AG上，故AG内两触片复位接触，此时三极管得到偏流而导通。VT导通后使IC1的脚变为低电平（仅为VT的饱和压降值），IC触发置位，此时IC1的脚由原来的低电平跳变为高电平，继电器J励磁吸合。J吸合后，其常开触点J11闭合，换气扇M通电工作，开始排气。与此同时，J的另一组常开触点J12也闭合，照明灯H通电点亮，其高度可由RP调节。如果是白天，由于有较强的光线照射在光敏电阻CdS上，从而使CdS的内阻很小，移相电容器C6两端的电压不足以使触发二极管2ST导通，故VS无触发电流而阻断，照明灯H不会点亮。夜晚由于没有阳光照射在CdS上，因而CdS的内阻变得很大，相当于开路，此时2ST导通，VS导通，照明灯H点亮。 开门进入卫生间后，尽管门又关上，此时由于IC1的单稳态作用，电路仍处于换气及照明（夜晚）状态，开门走时，导致ZT远离AG，之后再次关门，导致ZT又靠近AG，延时一段时间，灯和换气扇均会自动停止工作。为了确保门平时处于关闭状态，有必要在门外安置一根拉簧或换用带扭簧的活页，这样出门后门自动闭合，确保ZT和AG靠拢。该装置由电容器C5降压限流，全桥U整流后由C4滤波，VDW稳压后供给电路直流电源。2.3仿真图和生成的PCB板图2.3.1 Multisim7基本界面基本界面如图1-1所示。基本界面最上方是菜单栏（Menus），共11项；菜单栏下方左面为系统工具栏（System Toolbar），共11项；中间为设计工具栏（Multisim Design Bar），共8项；再往右是使用中元件列表（In Use List）和帮助按钮；右上角为仿真开关（Simulate Switch）。基本界面的左侧为元件工具栏，其中23个元件库中分别放置同一类型的元件，左列从上到下分别是电源库（Source）、基本元件库（Basic）、二极管库(Diode)、晶体管库（Transistor）、模拟元件库（Analog）、TTL器件库（TTL）、CMOS器件库（CMOS）、各种数字元件库（Miscellaneous Digital）、混合器件库（Mixed）、指示器件库（Indicator）、其它器件库（Miscellaneous）、射频元件库（RF）和机电类器件库（Electro mechanical）。右列为与实际元件相对应的现实性仿真元件模型快捷键按钮，共10类，从上至下分别是：虚拟电源库、虚拟信号源库、虚拟基本元件库、虚拟二极管库、虚拟三极管库、虚拟模拟元件库、其它虚拟元件库、常用虚拟元件库、虚拟3D元件库、虚拟测量元件库。另外，左侧下方还有“放置总线”、自动通过因特网进入EDA网站的“.com”等4个功能按钮。基本界面的右侧为仪表工具栏，该工具栏含有17种用来对电路工作状态进行测试的仪器仪表，这17种测量仪器仪表从上到下分别为数字万用表、函数信号发生器、瓦特表、示波器、4通道示波器、扫频仪、频率计、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、I-V特性分析仪、失真分析仪、频谱分析仪、网络分析仪、美国安捷伦函数信号发生器、美国安捷伦字万用表和美国安捷伦示波器。基本界面的中间部分即电路窗口，相当于一个现实工作中的操作平台，电路图的编辑绘制、仿真分析及波形数据显示等都在此窗口中进行。基本界面最下方为状态栏，状态栏显示有关当前操作以及鼠标所指条目的有用信息。2.3.2 Multisim7使用方法1定制用户界面定制用户界面的目的在于方便原理图的创建、电路的仿真分析和观察理解。改变当前的电路设置，一般在电路窗口中空白处右击鼠标，选择弹出式菜单。用户喜好设置（用Options/Preference进行设置）造成了所有后续电路的默认设置，但是不影响当前电路。2绘制仿真电路图（1）调用元器件操作单击基本界面左侧元件库第2个基本元件图标（Basic），将出现Select a component 对话框，单击Family栏中的RESISTOR，再拉动Component栏的滚动条，选取100ohm，单击“OK”，再在平台上单击左键即可将电阻R1（在Multisim7软件中，由于习惯不同，没有下标的标注）放置到平台上，继续单击左键可连续放置电阻，单击右键停止放置；双击R1，将出现RESISTOR对话框，在Label页下，将Reference ID栏改为R4，按“确定”退出；单击R4，可在R4四周出现4个小方块，再单击菜单Edit/90Clockwise，可将R4顺时针转90度竖放；当单击R4四周出现4个小方块时按住鼠标不放，可将R4拖放到平台的任何地方；右击R4，在出现的下拉菜单中选“Cut”可删除该元件。（2）连接线路放置好元器件后需要对其进行线路连接，操作步骤如下：1） 将鼠标指向所要连接的元件引脚上，鼠标指针就会变成带十字圆点状。2）单击并移动鼠标，即可拉出一条虚线；如要在某点转弯，则在转弯处单击一下，然后继续连线。到终点后单击鼠标即自动产生红色连线。3）要删除连线，用鼠标右击该连线，在出现的下拉菜单中选“Delete”即可。用Multisim仿真卫生间照明灯、换气扇自动控制器电路的电路图为下图：2.3.3 Protel的使用方法1. 打开.sch平台。（1）FILENEW，修改名字保存到电脑（C盘除外），打开Documents,再FILENEWSchematic Documents，生成.sch文件。（2）打开.sch文件，导入DOS库，在Browse Sch，在Browse下选择Libraries，点击ADD/REMOVE，在弹出的框中选中Protel DOS Schematic Libraries，点击ADDOK。（3在图中载入需要的元器件，注意封装等相关信息的填写，连线右击鼠标Place wire。（4）连线完成后，进行ERC检测，TOOLSERC，点击OK。查看测试结果，无错继续.（5）生成网络表，DesignCreat Netlist，点击OK。（6）生成材料报表，ReportsBill of MaterialNext（注意勾选Include components with blank Part Types这个选项）NextNextNextNextFinish。2. 打开.PCB平台（1） 打开Documents,再FILENEWPCB Documents，生成.pcb文件。 （2） 打开.pcb文件，建立电气边界，选定屏幕下方的KeepOutLayer，右键鼠标选定Place Track画一个矩形边框。（3） 载入网络表，DesignNetlistBrowseDocuments选定.net文件OKExecute，生成的图像在矩形框的右边下方。（1） 放置元器件位置，按照原理图的电器核心，在矩形框中元器件，注意排列紧凑合理。如果矩形框过大，可将元器件移出，重新画上矩形框，原来的框删去。（2） 设计布线规则，DesignRules，在Routing项Rule Classes框中选定最后一项Width Constraint，点击Add，在弹出的窗口中，在Edit RuleFilter kind框中选定Net，在下方的下拉Net选定GND，并在右边的Maximun Width项中填写导线宽度，要比一般导线要宽，例如这里一般是10mil，这里可以改成20mil，下方的Preferred Width也和上面的一样数值。重复上的步骤在Net的下拉项中选定Vcc，右边数值填写与GND一致。（3） 自动布线，Auto RouteAllRoute AllOK。（4） 补泪滴，ToolsTeardropsAddOK。（5） 敷铜，在工具栏Placement Tools选择Place Polygon Plane（即第二行的倒数第三个，缺角的矩形），点击这个图标，在弹出的窗口中，在Connect to Net：项中选择GND，在下面的Track Width填写数值与导线的宽度相匹配，例如上面的数值范围是10mil20mil，所以这里最少要比大于10mil（包括10mil）。在Layer中选择顶层Toplayer，点击OK。在框中的四个顶点依次点击进行敷铜。重复上述步骤对底层BottomLayer敷铜。（6） 对PCB进行检测，ToolsDesign Rule CheckRun DRC,观察生成的报表是否有错。无误则表示设计完成用protel设计的电路图如下卫生间换气扇照明灯protel电路图电路生成的PCB版图第三章 结果和结论3.1实验结果： 白天当光线照射到光敏电阻上时，其电阻值增大，使触发脉冲脉冲不能通过，则灯泡不亮，但换气扇不受光敏电阻的影响，在白天当有触发脉冲是，换气扇工作。夜间或光线较暗时，光敏电阻因无光照呈低阻，当有触发脉冲时，使得灯泡自动点亮，经过内部设定的时间后，灯泡自动熄灭，换气扇同白天。3.2实验结论：（1）设计原理清晰，设计性能指标的灵敏度基本达到设计的要求；（2）在整个设计过程中，本着节约的精神，我们用的都是简单廉价的元器件，降低了系统成本。（3）这次毕业设计对我们所学摸电知识起到了加深和巩固的作用，也使我获得了搭建和调试实验电路的能力。（4）锻炼了我主动学习的能力、与他人合作的能力。还可以从各种渠道获得一定的资料共同加以研究学习，提高了我们的综合动手能力。附录元器件清单见下表。R1、6电阻10K2C5金属化电容0.068u 耐压400V1R2电阻5.1K1C6金属化电容0.1u/160V1R3*电阻1M1VD整流二极管IN40011R4*电阻511VDW稳压二极管12V1R5电阻1M/1W12ST双向触发二极管转折电压30-40V1RP电位器100K 线性1VT晶体三极管90141CdS光敏电阻MG45-32等非密封型1VS双向可控硅3A/400V1C1、3涤纶电容0.01u2IC时基集成电路NE5551C2电解电容47u1J电磁继电器JRX-13F1C4电解电容100uF/50V1AG干簧管4mm常闭型1IC的单稳态工作时间由1.